基于自适应ICA的相干光OFDM系统的信道均衡研究

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相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统以其与数字信号处理的良好结合,对光纤传输中的色散损伤具有良好的容忍度和高频谱利用率等优点,已成为长距离高速光通信系统领域备受关注的技术之一。其中信道均衡一直是CO-OFDM系统数字补偿技术中的关键步骤之一,而基于独立成分分析法(ICA)的盲信道均衡方法以其对频谱利用率高和较少的训练符号而成为近来研究热点之一。  基于独立成分分析法(ICA)能够实现相干光 OFDM系统的盲信道均衡和偏振效应的补偿,与基于导频的信道均衡方法相比,能极大提高系统的频谱利用率。然而这种固定步长的ICA算法对每个子载波用迭代算法来计算信道频响分离矩阵,需要经过几十次迭代才能收敛。为有效降低该算法的计算复杂度,本文提出一种基于自适应步长 ICA的盲信道均衡算法,采用自适应分离步长提高迭代算法的收敛速度。基于100Gb/s16-QAM PDM-CO-OFDM系统和50Gb/s16QAM CO-OFDM系统,仿真实验表明该自适应算法的系统误码率性能优于固定步长 ICA算法的结果,且收敛速度提高约5倍。从而证明该算法可以对PDM-CO-OFDM系统接收端进行高效信道均衡和有效补偿偏振效应对高速光CO-OFDM系统性能的劣化。  课题研究完成的工作如下:  1.本文首先介绍了OFDM和CO-OFDM的技术背景和研究现状。  2.分析光纤信道的基本模型,研究相干光正交频分复用(CO-OFDM)传输系统和偏振复用相干光正交频分复用(PDM-CO-OFDM)传输系统的基本原理,并建立完整的Matlab和 Optisystem仿真平台,用于下文中算法的研究和验证。  3.对相干通信系统中色散补偿和相位噪声补偿算法做了简单的介绍,主要介绍了一种光纤色散有限脉冲响应(FD-FIR)滤波器和一种无迭代的盲相位均衡算法,并将这两种算法作为辅助算法运用到下文中仿真系统中。  4.基于独立成分分析法(ICA)能够实现偏振复用相干光正交频分复用(PDM-CO-OFDM)系统的盲信道均衡,与基于导频的信道均衡方法相比,能极大提高系统的频谱利用率。然而这种固定步长的ICA算法对每个子载波用迭代算法来计算信道频响分离矩阵,需要经过几十次迭代才能收敛。为有效降低该算法的计算复杂度,给出一种基于自适应步长 ICA的盲信道均衡算法,采用自适应分离步长提高迭代算法的收敛速度。基于100Gb/s16-QAM PDM-CO-OFDM系统,仿真实验表明该自适应算法的系统误码率性能优于固定步长 ICA算法的结果,且收敛速度提高5倍以上,能够用于未来高速 PDM-CO-OFDM系统接收端进行高效信道均衡。  5.给出一种基于自适应步长独立成分分析法的信道均衡算法,用于相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统偏振效应的补偿。基于50Gb/s16QAM CO-OFDM系统,偏振效应严重影响其系统传输性能。接收端在完成系统公共相位噪声(CPE)补偿之后,首次用该自适应步长 ICA算法对系统偏振效应进行盲均衡,该算法根据每次迭代中信道频响分离矩阵的变化量自适应调整迭代步长,然后进行盲ICI相位噪声补偿。基于仿真结果发现该自适应ICA算法的系统性能补偿效果从理论上接近于差分群延迟(DGD)为零时的系统性能,从而证明该算法可以有效补偿偏振效应对高速光 CO-OFDM系统性能的劣化。与固定步长 ICA算法相比能够极大提高迭代算法的收敛速度,算法复杂度极大降低。
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